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高速数字信号传输电路的设计与仿真

高速数字系统设计成功的关键在于保持信号的完整，而影响信号完整性(即信号质量)的因素主要有传输线的长度、电阻匹配及电磁干扰、串扰等。设计过程中要保持信号的完整性必须借助一些仿真工具，仿真结果对PCB布线产生指导性意见，布线完成后再提取网络，对信号进行布线后仿真，仿真没有问题后才能送出加工。目前这样的仿真工具主要有cadence、ICX、Hyperlynx等。Hyperlynx是个简单好用的工具，软件中包含两个工具LineSim和BoardSim。LineSim用在布线设计前约束布线和各层的参数、设置时钟的布线拓扑结构、选择元器件的速率、诊断信号完整性，并尽量避免电磁辐射及串扰等问题。BoardSim用于布线以后快速地分析设计中的信号完整性、电磁兼容性和串扰问题，生成串扰强度报告，区分并解决串扰问题。作者使用LineSim工具，对信号的阻抗匹配、传输线的长度、串扰进行了仿真分析，并给出了指导性结论。 高速信号传输——电源完整性；湖北高速信号传输联系人

高速信号和处理需要考虑三部分设计：

高速逻辑时序设计

高速电路散热设计

高速信号传输设计

1、信号传输的相关概念

概念：电信号、传输通道、信号传输、保形传输

重点：模拟信号可以看作“高速”信号，比较好整体不失真

数字信号失真度能够被控制在一定的范围内。

2、数字信号的特点：

（1）时域特点：周期，和上升时间

（2）频域特性：波形是时域的表现，频谱是频域的表现，通过傅里叶变换

（3）电信号的传输速度：与介质常数有关

（4）信号完整性：SignalIntegrity

（5）电源完整性：PowerIntegrity

（6）电磁兼容性：ElectroMagneticCompatibility(EMC) 湖北高速信号传输联系人高速信号传输的三要素可知，信号的保形传输必须涉及以下三个方面的问题；

克劳德高速数字信号测试实验室

2.1高速信号传输定义

高速信号传输是一定条件下的（电）信号传输，这里的条件对数字（电）信号而言，是指信号传输通道长度与信号带宽波长的关系，对模拟信号而言，无论带宽大小，都被看作高速信号传输。2.1.1信号传输的相关概念（1）电信号在通信、信号处理或者电子工程等技术领域中，任何随时间和空间变化的量都可以称为信号，如果量的变化是连续的，则称为模拟信号，如果量的变化是离散的，则称为数字信号。电信号是指其电压值（电流值）、频率值或相位值随时间变化的量，同样地，电信号也包括模拟电信号和数字电信号。

在工作实践过程中，对于SI、PI和EMC的认识，电子设计工程师们可能绝大多数被告知它们是经验性的东西，琢磨不透，说不清、道不明，全靠经验和感觉，深不可测。这样的观点日积月累，打击了很多工程师对SI、PI和EMC理论、概念和技术学习和掌握的信心。在电子系统或设备的研发过程中，会出现许多与硬件相关的、随机的或偶发的问题和故障，这类问题和故障往往被定性为电磁干扰、信号完整性、电源完整性问题，虽然未必就是这些类别的问题，可一旦被定性为这些类别的问题，就很难用理论工具进行解决分析，而往往靠**的经验和感觉定位、解决，试着采取很多措施，可能碰巧解决了，却说不明白其中的道理。高速信号传输的原理和本质，综合考虑工程化因素；

 高速信号传输技术的简单性

对于大多数电子设计工程师，高速信号传输技术，即SI、PI和EMC真的很难、很复杂吗？事实并非如此。对于大多数电子设计工程师来讲，掌握关于电磁兼容、信号完整性和电源完整性一般性的原理、概念和技术，就可以很好地从事研发工作了，深入掌握这些技能则是专业工程师的事。在这个意义上来说，掌握SI、PI和EMC相关技术是很容易的事情。

掌握一般性的原理、概念和技术为什么容易呢？对于大多数电子设计工程师，只需掌握以下这些知识。
高速信号传输所涉及的概念和技术；湖北高速信号传输联系人

高速信号传输相关的三个方面；湖北高速信号传输联系人

高速信号传输

串扰分析

由于频率的提高，传输线之间的串扰明显增大，对信号完整性也有很大的影响，可以通过仿真来预测、模拟，并采取措施加以改善。以CMOS信号为例建立仿真模型，如图6所示。在仿真时设置干扰信号的频率为66MHz的方波，扰者设置为零电平输入，通过调整两根线的间距和两线之间平行走线的长度来观察扰者接收端的波形。仿真结果如图7，分别为间距是203.2mm、406。4mm时的波形。

从仿真结果看出，两线间距为406.4mm时，串扰电平为200mV左右，203.2mm时为500mV左右。可见两线之间的间距越小串扰越大，所以在实际高速PCB布线时应尽量拉大传输线间距或在两线之间加地线来隔离。 湖北高速信号传输联系人